一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气工艺和设备的制作方法

1.本发明属于冶金技术领域，涉及一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气工艺和设备。


背景技术：

2.固体燃料在生产铁水中有三部分作用，分别是骨架支撑、还原反应和供热；如今，传统高炉炼铁工艺主要有喷吹富氢气体、天然气和炉顶煤气循环等方式来降低固体燃料。由于氢气还原铁氧化物反应会吸收大量热量，且我国富氢气体气源有限，高炉喷吹富氢气体的减碳效果十分有限，且成本较高。我国是煤多气少的国家，目前天然气成本高，导致传统高炉炼铁成本增加。采用炉顶煤气循环使用方式，其主要是利用顶煤气中的co2与碳反应，生产co还原气供高炉使用，此方式co2反应效率不高，且将co2与碳反应产生co的重复循环使用过程中，会浪费能源。
3.因此，如何在传统高炉炼铁工艺中降低碳排放量是转变钢铁工业发展能源结构、降低二氧化碳排放的重要方式。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气工艺和设备，该工艺充分利用低碳高炉产生的高温煤气中的还原性气体替代部分固体燃料，从而降低固体燃料的使用，减少了二氧化碳的排放。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气设备，包括低碳高炉和沿气体流向依次设置与所述低碳高炉连通的除尘系统、与所述除尘系统连通的加压机、与所述加压机相连通的脱碳系统、与所述脱碳系统相连通的加热系统；所述加热系统与所述低碳高炉相连通；所述除尘系统通过减压阀或trt机组与外部管网连通，所述trt机组并联到减压阀上。
7.进一步，还包括预留的脱硫系统和脱氮系统，所述脱硫系统与脱碳系统和加压机相连的管路并联设置；所述脱氮系统与脱碳系统和加热系统相连的管路并联设置。
8.进一步，所述除尘系统为两级除尘，第一级除尘为重力除尘器或旋风除尘器，第二级除尘为干法布袋除尘；所述干法布袋除尘和加压机之间设有换热器。
9.进一步，所述加热系统为管式换热、蓄热式或电加热炉。
10.一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气工艺，将从低碳高炉产生的顶煤气通入除尘系统进行除尘后，进入加压机进行加压，加压后的顶煤气经过脱碳系统脱出煤气中co2组分后，生成具有还原性顶煤气的脱碳气，将所述脱碳气经过加热系统加热后，通入低碳高炉以替代部分固体燃料进行还原反应；当整个循环系统压力超过设定值时，将经过除尘后的部分顶煤气通过减压阀或者trt机组，送往外部管网。
11.进一步，还设置有预留的脱硫系统和脱氮系统，所述脱硫系统与脱碳系统和加压机相连的管路并联设置；所述脱氮系统与脱碳系统和加热系统相连的管路并联设置；
12.将脱硫系统和脱氮系统接入整个循环系统，使加压机加压后的顶煤气依次通入脱硫系统、脱碳系统和脱氮系统；使脱除后的顶煤气中co2含量≤1％，n2含量≤10％；然后经过加热系统回到低碳高炉中。
13.进一步，所述除尘系统和加压机之间设有换热器；经过除尘系统后的顶煤气先通过换热器进行降温再通入加压机，所述换热器将顶煤气温度降至≤40℃。
14.进一步，所述加压机将通过的顶煤气压力加压至≥0.6mpa。
15.进一步，所述脱碳系统采用变压吸附工艺，脱除顶煤气中的co2，使co2脱除率＞99％。
16.进一步，所述加热系统采用管式换热或蓄热式或电加热炉方式进行加热；将通过加热系统的顶煤气加热至≥950℃。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明采用回收并循环利用从低碳高炉出来的顶煤气中的还原组分，与传统工艺相比，1m3的还原性顶煤气可替代0.5～1.1kg/m3的固体燃料进行还原反应，有效减少了固体燃料用量，减少co2的排放，起到节能减排作用。
19.2、本发明预留脱硫系统、脱氮系统，可以对顶煤气进行脱硫和脱氮，以便适应由于原料矿成分、杂质的不确定、不稳定性而对整个工艺的影响。
20.3、本发明将一部分经过除尘后的顶煤气通过减压阀或者trt机组后送往外部管网，以确保整个循环系统的稳定和可调。
21.4、本发明的除尘系统采用干法除尘，该除尘工艺节水、环保。
22.5、本发明设置前置加压，减少了脱碳、脱硫或脱氮的过程中的加压设备，有效提高脱碳效率并缩小整套循环系统的规模。
23.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
25.图1为本发明的工艺流程图。
26.附图标记：低碳高炉1、除尘系统2、换热器3、加压机4、脱硫系统5、脱碳系统6、脱氮系统7、加热系统8、trt机组9、减压阀10、外部管网11、重力除尘器12、解析气13。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相
互组合。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.请参阅图1，一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气设备，包括低碳高炉1、沿气体流动方向依次设置与低碳高炉1连通的除尘系统2、与除尘系统2连通的加压机4、与加压机4相连通的脱碳系统6、与脱碳系统6相连通的加热系统8；加热系统8与低碳高炉1相连通。除尘系统2通过减压阀10和与减压阀10并联的trt机组9与外部管网11连通。除尘系统2为两级除尘，第一级除尘可为重力除尘器12或旋风除尘器，本实施例中第一级除尘优选为重力除尘器12，第二级除尘为干法布袋除尘；除尘系统2和加压机4之间还设有换热器3。
31.本发明中的中的第二级除尘为干法布袋除尘，其除尘工艺更加的环保节水。可选的，一些实施方式中第二级除尘采用湿法洗涤塔除尘，经过湿法洗涤塔除尘的顶煤气温度约40～60℃，高温顶煤气无余热可回收，则第二级除尘后不设换热器3。
32.还包括预留的脱硫系统5和脱氮系统7，脱硫系统5设置在脱碳系统6的前序工段，脱硫系统5与脱碳系统6和加压机4相连的管路并联设置；脱氮系统7设置在脱碳系统6的后序工段；脱氮系统7与脱碳系统6和加热系统8相连的管路并联设置。通过选择性接入循环系统的脱硫系统5和脱氮系统7，可以适应由于原料矿成分、杂质的不确定、不稳定性而对整个工艺的影响。
33.加热系统8可为管式换热、蓄热式或电加热炉，本实施例中优选为电加热炉。
34.一种降低高炉生产铁水用固体燃料的制气工艺，
35.低碳高炉1出来的顶煤气温度约150℃～200℃，压力约0.2～0.3mpa，含尘量约为10～20g/nm3；其中还含有较多的co、h2等还原性气体；
36.将从低碳高炉1产生的顶煤气通入除尘系统2进行除尘，先进入重力除尘器12进行第一级初除尘，将含尘量降为≤10g/nm3；再进入第二级的干法布袋除尘进行精除尘，将除尘量降为≤5mg/nm3；干布袋除尘后，顶煤气的温度约为150℃～200℃；将从干布袋除尘后的顶煤气通入换热器3进行降温，将温度降至≤40℃；并在换热器3中设置级间及级后脱水装置进行脱水。
37.将从换热器3出来的顶煤气通入加压机4进行加压，将压力加压至0.6mpa～0.65mpa；具体的，加压器4加压范围可以根据实际情况加压至更高的压力，以适应后续的工序；相应的从低碳高炉1循环而出的顶煤气压力也会更高。
38.将加压后的顶煤气通入脱碳系统6，脱碳系统6采用变压吸附(psa)工艺，主要脱除顶煤气中的co2，以及少部分n2、co等成分；使co2脱除率＞99％，脱除的这部分气体成为解析
气13向外送，脱碳后的顶煤气为具有还原性气体的脱碳气，将其送后续加热系统8。当原料矿成分中含有较多的硫和氮等元素，或高炉生产铁水工艺中对脱碳气中氮含量、硫含量要求较高时，将位于脱碳系统6前后的脱硫系统5和脱氮系统7开启并接入整个循环；使加压机4出来的顶煤气次通入脱硫系统5、脱碳系统6和脱氮系统7，进行脱硫、脱碳和脱氮；并控制co2含量≤1％，n2含量≤10％；然后将脱炭后的顶煤气通入加热系统8中。
39.顶煤气进入加热系统8中，通过电加热炉将其加热至≥950℃；然后循环送至低碳高炉1中生产铁水，以此替代固体燃料的还原作用，减少固体燃料的使用，达到降低co2的目的。
40.当整个循环系统的压力过高时，可以打开减压阀10或者trt机组9；将除尘后的部分顶煤气直接送往外部管网11，保证系统循环稳定和可调。
41.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。